Kaedah penyediaan asid adipic

Asid Adipic adalah asid dicarboxylic penting yang digunakan secara meluas dalam pelbagai aplikasi perindustrian, seperti nilon-6,6 pengeluaran, aditif makanan, dan plasticizers. Memahami kaedah penyediaan asid adipic adalah penting, kerana ia secara langsung memberi kesan kepada kualiti, keberkesanan kos, dan jejak alam sekitar. Artikel ini meliputi beberapa kaedah yang digunakan untuk menghasilkan asid adipic, termasuk pendekatan tradisional dan moden, sambil memberi tumpuan kepada mekanisme kimia, kelebihan, dan batasan mereka.

1. Tradisional pengoksidaan Cyclohexane

YangPengoksidaan cyclohexaneAdalah salah satu kaedah yang paling mantap dalam pengeluaran asid adipic, yang kebanyakannya digunakan dalam proses perindustrian berskala besar.

Mekanisme dan proses:

Proses ini biasanya melibatkan dalamPengoksidaan udara cyclohexaneDalam dua peringkat:

1. Pengoksidaan separa: Cyclohexane pertama kali teroksida kepada cyclohexanol dan cyclohexanone (minyak KA) menggunakan oksigen di hadapan pemangkin kobalt atau mangan pada suhu tinggi (150-165 ° c).
2. Pengoksidaan asid nitrik: Campuran minyak KA terus teroksida menggunakan asid nitrik pekat (HNO3). Asid nitrik bertindak sebagai agen pengoksidaan, menukar cyclohexanol dan cyclohexanone ke dalam asid adipic, sambil menghasilkan gas nitrous sebagai produk sampingan.

Kelebihan:

• Hasil yang tinggi: Kaedah ini biasanya menghasilkan sehingga 95% asid adipic tulen.
• Teknologi yang ditubuhkan: Oleh kerana penggunaan yang luas dalam industri, ia mendapat manfaat daripada ekonomi skala dan infrastruktur yang sedia ada.

Had:

• Kebimbangan alam sekitar: Proses melepaskan nitrous oksida (N2O), gas rumah hijau yang mujarab yang menyumbang kepada pemanasan global. Rawatan produk sampingan ini menambah kos dan kerumitan.
• Intensif tenaga: Keperluan suhu tinggi meningkatkan penggunaan tenaga, menjadikan proses kurang mampan.

2. Pengeluaran berasaskan Bio asid Adipic

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, tumpuan telah beralih ke arahKaedah penyediaan asid adipic berasaskan bio, Yang lebih mesra alam dan mampan. Proses ini melibatkan mikroorganisma kejuruteraan genetik untuk menukar biomass boleh diperbaharui kepada asid adipic.

Mekanisme dan proses:

• Penapaian mikrob: Beberapa kejuruteraan mikrob, sepertiEscherichia coliDanCerevisiae Saccharomyces, Digunakan untuk penapaian glukosa atau lain-lain gula sintesis biojisim. Mikrob ini telah diubahsuai untuk cekap menukar gula ke dalam produk perantaraan seperti cis,cis-muconic asid, yang seterusnya kimia hydrogenated ke dalam asid adipic.

Kelebihan:

• Kemampanan: Pengeluaran berasaskan Bio mengurangkan pergantungan kepada bahan api fosil dan mengurangkan pelepasan berbahaya seperti nitrous oksida.
• Sumber yang boleh diperbaharui: Menggunakan bahan biomas atau bahan buangan sebagai bahan mentah membuat kaedah ini menarik dalam ekonomi pekeliling.

Had:

• Hasil yang lebih rendah dan bolehan: Berbanding dengan kaedah tradisional, pendekatan berasaskan bio masih dalam fasa pembangunan dan mempunyai hasil yang lebih rendah. Meningkatkan proses ini untuk memenuhi permintaan industri masih menjadi cabaran.
• Kos: Pada masa ini, asid adipic berasaskan bio lebih mahal kerana keperluan untuk kemudahan khusus dan pengendalian bahan mentah.

3. Pengoksidaan pemangkin langsung Cyclohexene

Satu lagi kaedah alternatif penyediaan asid adipic adalahPengoksidaan pemangkin langsung cyclohexene. Proses ini melibatkan pengoksidaan cyclohexene asid adipic menggunakan molekul oksigen sebagai oxidant kehadiran pemangkin logam, seperti ruthenium atau palladium.

Mekanisme dan proses:

• Cyclohexene terdedah kepada molekul oksigen kehadiran pemangkin pada suhu sederhana (50-70 ° c). Oksigen dimasukkan ke dalam struktur cyclohexene untuk membentuk asid adipic secara langsung, dengan produk sampingan yang minimum.

Kelebihan:

• Kimia hijau: Kaedah ini menghapuskan penggunaan bahan kimia berbahaya seperti asid nitrik dan ketara mengurangkan pelepasan nitrous oksida.
• Penggunaan tenaga yang lebih rendah: Tindak balas berlaku di bawah keadaan yang lebih ringan, menurunkan input tenaga keseluruhan yang diperlukan.

Had:

• Kos pemangkin: Penggunaan logam mulia sebagai pemangkin boleh membuat proses mahal.
• Penggunaan industri yang terhad: Walaupun kaedah ini menunjukkan janji dalam tetapan makmal, ia belum digunakan secara meluas pada skala perindustrian disebabkan oleh kebimbangan skalabilitas.

4. Lain-lain kaedah baru muncul

BeberapaKaedah penyediaan asid adipic yang baru munculFokus pada meningkatkan kemampanan dan kecekapan kos. Ini termasuk:

• Pengoksidaan elektrokimia: Menggunakan sel-sel elektrokimia untuk mengoksidakan cyclohexane atau bahan mentah lain ke dalam asid adipic, menawarkan proses tenaga yang berpotensi rendah, hijau.
• Proses Photocatalytic: Ini menggunakan tenaga cahaya dan photocatalysts untuk memacu pengoksidaan hidrokarbon seperti cyclohexane, dengan kesan alam sekitar yang minimum.

Kelebihan:

• Potensi inovasi: Kaedah ini berada di pinggir pemotongan kimia hijau dan boleh mengurangkan jejak karbon pengeluaran asid adipic.

Had:

• Pembangunan peringkat awal: Banyak kaedah ini masih dalam fasa penyelidikan dan ujian juruterbang, dan cabaran kekal dalam penskalaan mereka untuk pengeluaran perindustrian.

Kesimpulan

Secara ringkasnya, yangKaedah penyediaan asid adipicTelah berkembang dengan ketara, dari pengoksidaan tradisional cyclohexane kepada proses berasaskan bio dan pemangkin yang lebih mampan. Setiap kaedah mempunyai kelebihan dan cabaran tersendiri, dari kesan alam sekitar hingga daya maju ekonomi. Kerana industri terus memberi tumpuan kepada mengurangkan pelepasan dan meningkatkan kemampanan, kaedah alternatif, seperti proses pengoksidaan berasaskan bio dan pemangkin, mungkin memainkan peranan yang lebih penting dalam masa depan pengeluaran asid adipic.